분리막 손상되면서 양극·음극 접촉해 과열 ‘열폭주’ 현상
내부서 계속 열 발생해 꺼진 듯 보여도 다시 불씨 살아나

경기 화성시의 리튬전지 제조 공장에서 발생한 화재로 리튬 배터리 화재의 위험성이 다시 주목받고 있다. 리튬전지에 불이 붙으면 폭발 위험이 높고 배터리에서 유독가스가 배출될 수 있기 때문이다.

이번 사고에서도 불길이 인 후 배터리 폭발이 이어졌고, 배터리에서 나온 유독가스 때문에 구조대 진입이 어려웠다. 특히 이번 화재는 1차 리튬전지에서 발생한 것으로, 화재 시 더 큰 피해를 입힐 수 있다.

24일 화재 현장에서 리튬전지의 상태를 살핀 나용운 국립소방연구원 연구사는 “(전기차 배터리 등 여러 번 충전해 쓸 수 있는) 2차전지는 화재 위험 때문에 50% 정도만 충전해 출고하는 반면, 1차전지는 완충된 상태로 공급된다”면서 “에너지가 가득 차 있어 화재 상황에서 그 위험성이나 폭발 가능성이 2차전지보다 더 크다”고 설명했다.

그러나 1차전지와 2차전지 모두 리튬 배터리인 만큼 불이 나면 진화가 매우 어렵긴 마찬가지이다. 내부에서 계속 열이 발생해 불이 꺼진 것처럼 보여도 다시 살아날 수 있다.

이번 화재에서는 1차전지에 리튬이 극소량만 포함돼 있어 소방당국은 다른 일반적인 화재처럼 물을 사용해 진화했다고 밝혔다.

나 연구사는 “이날 현장에서 확인된 배터리는 리튬분말을 사용한 것이 아니고, 리튬이 포함된 전해액이 적셔진 극재가 종이 형태로 말려 있는 것”이라며 “원재료 200ℓ당 리튬은 5㎏ 정도라 폭발 가능성은 매우 낮다”고 말했다.

현장에서 관찰된 폭발은 리튬에 물이 닿아 일어난 것이라기보다 열폭주 현상으로 나온 수소 등 가연성 가스에 불이 붙으면서 일어났을 가능성이 크다는 게 나 연구사의 설명이다.

리튬 배터리 화재는 보통 열폭주로 일어난다. 양극, 음극, 분리막, 전해액 등으로 구성된 배터리에서 분리막이 손상되면 양극과 음극이 접촉해 과열되면서 화재가 발생한다. 이때 가연성 가스인 수소와 일산화탄소, 불산 등 유독가스가 배출돼 피해를 키울 수 있다.

다만 환경부는 이번 사고 공장에서 제조된 리튬전지의 경우 불소가 포함되지 않은 리튬화합물을 사용해 화재로 불산이 발생할 가능성은 크지 않다고 밝혔다.

리튬 배터리 화재의 경우 케이스에 밀봉된 상태로 물에 닿을 가능성이 없다면 물로 냉각할 수 있다. 반면 리튬이 다량 노출될 가능성이 있다면 물과 반응해 화재가 커질 수 있다. 이 경우 마른 모래와 팽창질석·팽창진주암을 사용해 차단하는 방법을 쓴다. 일반 화재에 쓰는 소화기와 같은 소화약재를 개발하고 있으나 아직 초기 단계다.